Die Gegenkopplung ist eine Form der Rückkopplung. Ein Teil des Ausgangssignals eines aktiven Vierpols wird zum Eingang zurückgeführt und dort mit entgegengesetztem Vorzeichen berücksichtigt. Dadurch fällt das wirksame Eingangssignal kleiner aus als das von außen angelegte Signal.
Wie funktioniert Gegenkopplung?
Das Rückkopplungssignal entsteht aus dem Ausgangssignal und einem Rückkopplungsfaktor. Es wird vom eigentlichen Eingangssignal abgezogen. Der Verstärker verarbeitet somit die verbleibende Differenz. Steigt das Ausgangssignal, nimmt zugleich der zurückgeführte Anteil zu und begrenzt die wirksame Anregung am Eingang.
e = x − β · yDabei steht e für das wirksame Eingangssignal, x für das äußere Eingangssignal, y für das Ausgangssignal und β für den Rückkopplungsfaktor.
Das Prinzip kann lokal auf eine einzelne Verstärkerstufe oder über mehrere Stufen hinweg angewendet werden. Entscheidend ist, dass das rückgeführte Signal im betrachteten Arbeitsbereich der ursprünglichen Änderung entgegenwirkt.
Gegenkopplung und Mitkopplung
Bei der Mitkopplung verstärkt der rückgeführte Anteil eine Änderung. Das kann etwa Schaltvorgänge beschleunigen oder Schwingungen unterstützen. Die Gegenkopplung verfolgt dagegen meist das Ziel, Abweichungen zu reduzieren und ein berechenbareres Systemverhalten zu erreichen.
Stabilisierung
Schwankungen der offenen Verstärkung können sich weniger stark auf das Gesamtsystem auswirken.
Linearität
In geeigneten Schaltungen lassen sich nichtlineare Verzerrungen reduzieren.
Bandbreite
Eine geringere geschlossene Verstärkung kann mit einer größeren nutzbaren Bandbreite einhergehen.
Regelverhalten
Ausgangsgrößen können näher an einem vorgegebenen Sollwert gehalten werden.
Anwendungen in Regelungen
Gegenkopplung wird in elektronischen Regelkreisen eingesetzt, um unerwünschte Abweichungen zu begrenzen. Ein Beispiel ist die automatische Verstärkungsregelung (AGC): Sie passt die Verstärkung an wechselnde Signalpegel an und kann dadurch Übersteuerungen vermeiden.
Auch die automatische Frequenznachsteuerung (AFC) arbeitet mit einer rückgeführten Abweichungsinformation. Sie korrigiert die Frequenz in Richtung des gewünschten Wertes.
Stabilität beachten
Gegenkopplung wirkt nicht unter allen Bedingungen automatisch stabilisierend. Phasenverschiebungen und Laufzeiten können dazu führen, dass ein ursprünglich entgegenwirkendes Signal bei bestimmten Frequenzen verstärkend wirkt. Deshalb werden Schleifenverstärkung, Phasenreserve und Frequenzgang bei der Schaltungsentwicklung gemeinsam betrachtet.